Java类加载机制

Java类加载概述

  JVM的类加载机制为:JVM加载class文件到内存,对数据进行验证、准备、解析、初始化,形成可以被直接使用的Java类型。类从被加载到虚拟机到卸载出内存,整个生命周期为:
classLoader

  类的加载过程会按照以下顺序按步就班的进行:加载、验证、准备、初始化、卸载。解析阶段再某些情况下(例如java运行时动态绑定)可以在初始化之后再开始。初始化之前的类加载过程中,除了在加载阶段用户应用程序可以通过自定义类加载器参与之外,其余动作完全由虚拟机主导和控制。

加载

  “加载”是“类加载”(Class Loading)过程的一个阶段,在加载阶段,jvm需要完成以下三件事情:
1)通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流;
2)将这个字节流所代表的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构;
3)在内存中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象,作为方法区这个类的各种数据访问入口。
  相对于类加载过程的其他阶段,一个非数组类的加载阶段(准确地说,是加载阶段中获取类的二进制字节流的动作)是开发人员可控性最强的,因为加载结算既可以使用系统提供的引导类加载器来完成,也可以由用户自定义的类加载器(充血loadClass()方法)去完成;
  类加载器装载class文件后,虚拟机外部的二进制字节流会按照虚拟机所需的格式存储在方法区之中,方法区中的数据存储格式由虚拟机实现自行定义。然后在JVM中实例化一个java.lang.Class类的对象,形成一份元信息对象,描述类的结构信息,主要包括:构造函数、成员变量和成员方法等,这个对象将作为程序访问方法区中的这些类型数据的外部接口。

验证

  验证是连接阶段的第一步,这一阶段的目的是为了确保Class文件的字节流中包含的信息符合当前虚拟机的要求,并且不会危害虚拟机自身的安全:
1)文件格式验证
2)元数据验证
3)字节码验证
4)符号引用验证

准备

  准备阶段是正式为类变量分配内存并设置类变量初始值的阶段,这些变量所使用的内存都将在方法区中进行分配。

解析

  解析阶段是虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接饮用的过程。

初始化

类初始化阶段是类加载过程的最后一步,在此阶段,才真正开始执行类中定义的Java程序代码。
虚拟机规范严格规定了只有5种情况必须立即对类进行“初始化”:
 1)遇到new、getstatic、putstatic或invokestatic这四条字节码指令时,如果类没有进行初始化,则需要先触发其初始化。生成这四条指令最常见的java代码场景是:使用new关键字实例化对象;读取或设置一个类的静态字段(被final修饰,已在编译器把结果放入常量池的静态字段除外);调用一个类的静态方法;
 2)使用java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用的时候,如果类没有进行过初始化,则需要先触发其初始化;
 3)当初始化一个类的时候,如果发现其父类还没有进行过初始化,则需要先触发其父类的初始化;
 4)当虚拟机启动时,用户需要指定一个要执行的主类(包含main()方法),虚拟机会先初始化这个主类;
 5)当使用jdk1.7的动态语言支持时,如果一个java.lang.invoke.MethodHandle实例最后的解析结果REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic的方法句柄,并且这个方法句柄所对应的类没有进行过初始化,则需要先触发其初始化。

Java类加载器

  通过一个类的全限定名来获取描述此类的二进制字节流这个动作放到Java虚拟机外部去实现,以便让应用程序自己决定如何去获取所需要的类。实现这个动作的代码模块称为“类加载器”。

类与类加载器

  对于任意一个类,都需要由加载它的类加载器和这个类本身一同确立其在Java虚拟机中的唯一性,每一个类加载器,都拥有一个独立的类名称空间。

双亲委派机制

  从Java虚拟机的角度讲,只存在两种不同的类加载器:一种是启动类加载器(Bootstrap ClassLoader),这个类加载器使用C++语言实现,是虚拟机自身的一部分;另一种就是所有其他的类加载器,这些类加载器都由Java语言实现,独立于虚拟机外部,并且全部都继承自抽象类java.lang.ClassLoader。